《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法》課件

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法本課程將介紹建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理、方法和流程，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行講解。目錄建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)功能，設(shè)計(jì)要求，流程結(jié)構(gòu)荷載與作用自重，活荷載，風(fēng)荷載，震荷載結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)力應(yīng)變，力的平衡，材料性能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它直接影響建筑物的安全性和耐久性。1.1建筑結(jié)構(gòu)的功能和作用承重結(jié)構(gòu)的主要功能是承受各種荷載，例如建筑自重、人員、家具、風(fēng)力、地震力等，并將其安全傳遞到基礎(chǔ)。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性，能夠抵抗各種外力的作用，防止傾倒或坍塌，保證建筑物的安全使用。剛度結(jié)構(gòu)的剛度是指抵抗變形的能力，避免建筑物在使用過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響使用功能和美觀。1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求1安全可靠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足安全和可靠性的要求，確保建筑物在各種荷載作用下不發(fā)生破壞。2經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理的原則，在滿足安全可靠性的前提下，盡可能降低造價(jià)。3使用功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足建筑物使用功能的要求，如空間布局、采光通風(fēng)等。4美觀耐久結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建筑物的整體美觀和耐久性，使其經(jīng)久耐用，并與建筑環(huán)境相協(xié)調(diào)。1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程1方案設(shè)計(jì)確定建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2技術(shù)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，包括材料選型、截面尺寸等。3施工圖設(shè)計(jì)繪制施工圖紙，用于指導(dǎo)施工。2.結(jié)構(gòu)荷載與作用結(jié)構(gòu)荷載是指作用于建筑結(jié)構(gòu)的各種外力，這些外力會(huì)引起建筑結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。自重荷載建筑結(jié)構(gòu)自身重量，包括墻體、樓板、屋頂、門(mén)窗等構(gòu)件的重量。活荷載使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的可變荷載，例如人員、家具、設(shè)備等。風(fēng)荷載風(fēng)力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用力，主要影響高層建筑和屋頂結(jié)構(gòu)。地震荷載地震引起的地面運(yùn)動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用力，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全影響很大。2.1自重荷載建筑材料重量包括混凝土、鋼材、磚石等材料的重量。結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量包括梁、柱、板、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量。屋面及裝飾層重量包括屋面防水層、保溫層、裝飾層等重量。2.2活荷載定義活荷載是指作用于建筑物上的可變荷載，如人員、家具、設(shè)備等?；詈奢d的大小和位置會(huì)隨時(shí)間而變化，需要根據(jù)建筑物的使用功能和使用情況進(jìn)行確定。分類(lèi)活荷載可以分為以下幾種類(lèi)型：集中荷載：如單臺(tái)設(shè)備的重量分布荷載：如人員、家具的重量移動(dòng)荷載：如車(chē)輛、起重機(jī)的重量2.3風(fēng)荷載風(fēng)壓風(fēng)對(duì)建筑物表面的壓力，受風(fēng)速、建筑物形狀和周?chē)h(huán)境影響。風(fēng)力風(fēng)對(duì)建筑物產(chǎn)生的力，包括風(fēng)壓和風(fēng)吸力，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2.4震荷載地震烈度地震烈度是指地震對(duì)地面和建筑物的影響程度，通常用地震震級(jí)和震中距離來(lái)確定。地震波類(lèi)型地震波分為縱波、橫波和面波，其中橫波對(duì)建筑物破壞力最大。地震荷載計(jì)算地震荷載的計(jì)算方法根據(jù)地震烈度、建筑物類(lèi)型和地質(zhì)條件等因素進(jìn)行。結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)力與應(yīng)變材料在受力時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部抵抗力稱(chēng)為應(yīng)力，而材料在受力變形時(shí)產(chǎn)生的形變稱(chēng)為應(yīng)變。力的平衡結(jié)構(gòu)物在受力后保持靜止?fàn)顟B(tài)，需要滿足力的平衡條件，即合力為零，力矩之和也為零。3.1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力物體內(nèi)部各部分之間相互作用的內(nèi)力，通常用單位面積上的內(nèi)力來(lái)表示。應(yīng)變物體在外力作用下，其形狀和尺寸發(fā)生改變，稱(chēng)為變形。應(yīng)變是指變形量與原尺寸之比。3.2力的平衡1力的平衡概念當(dāng)作用于物體上的所有力的合力為零時(shí)，物體處于力的平衡狀態(tài)。2平衡條件物體處于平衡狀態(tài)的條件是所有力的合力為零，且所有力矩的合力矩為零。3平衡方程力的平衡方程可以用牛頓定律來(lái)表達(dá)，即物體在靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的合力為零。3.3材料性能強(qiáng)度材料抵抗破壞的能力，如抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。彈性材料在受力變形后能恢復(fù)原狀的能力，如彈性模量。延展性材料在斷裂前能承受較大形變的能力，如斷裂伸長(zhǎng)率。結(jié)構(gòu)受力分析靜定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力分析是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)在荷載作用下的受力狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)的安全性。多余約束結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可以直接由平衡方程求解，而多余約束結(jié)構(gòu)需要考慮結(jié)構(gòu)的變形和材料特性。4.1靜定結(jié)構(gòu)定義靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中各部分的內(nèi)力可以?xún)H由靜力平衡方程求得，而不需要考慮結(jié)構(gòu)的變形。特點(diǎn)靜定結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、抗震性能較好的優(yōu)點(diǎn)，但其承載能力有限。4.2多余約束結(jié)構(gòu)1靜不定結(jié)構(gòu)多余約束結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中約束條件多于結(jié)構(gòu)平衡所需的約束條件。2結(jié)構(gòu)力學(xué)分析這類(lèi)結(jié)構(gòu)需要考慮約束力對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的影響。3計(jì)算方法常用的計(jì)算方法包括力法、位移法等。4.3框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由柱、梁和樓板組成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的抗側(cè)力主要依靠梁柱節(jié)點(diǎn)的剛性連接來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，可以抵抗地震等外力的破壞。結(jié)構(gòu)各部件設(shè)計(jì)柱承載上部結(jié)構(gòu)的垂直荷載，并傳遞到基礎(chǔ)梁承受樓板的荷載，并傳遞到柱子樓板為建筑提供水平支撐，并承受活荷載基礎(chǔ)將建筑結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基5.1柱的設(shè)計(jì)荷載計(jì)算柱子需要承受來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的荷載，包括自身重量、樓板、屋頂以及其他附屬設(shè)施的重量。材料選擇常見(jiàn)的柱子材料包括混凝土、鋼材和木頭，選擇合適的材料取決于建筑物的類(lèi)型、荷載大小和經(jīng)濟(jì)因素。截面尺寸柱子的截面尺寸需要根據(jù)荷載大小和材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，確保其能夠承受荷載而不發(fā)生破壞。配筋設(shè)計(jì)對(duì)于混凝土柱，需要設(shè)計(jì)合理的配筋方案，以增強(qiáng)其抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，確保其安全可靠。5.2梁的設(shè)計(jì)鋼梁鋼梁通常用于高層建筑和工業(yè)廠房，具有強(qiáng)度高、重量輕、易于加工的特點(diǎn)?；炷亮夯炷亮哼m用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，具有耐久性高、防火性能好、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。木梁木梁主要用于輕型結(jié)構(gòu)，具有環(huán)保、易于加工等特點(diǎn)，但其強(qiáng)度和耐久性不如鋼梁和混凝土梁。5.3樓板的設(shè)計(jì)承重能力樓板需要能夠承受各種荷載，包括自重、活荷載、風(fēng)荷載和震荷載。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮樓板的材料強(qiáng)度和厚度，確保滿足承載要求。隔聲性能樓板的隔聲性能對(duì)于居住舒適度至關(guān)重要。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用合適的隔聲材料和結(jié)構(gòu)，有效降低樓層間噪音傳播。防火性能樓板應(yīng)具備良好的防火性能，能夠有效阻止火勢(shì)蔓延。設(shè)計(jì)時(shí)需考慮使用防火材料，并設(shè)置防火隔斷。5.4基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)當(dāng)土壤承載力較低時(shí)，需采用樁基礎(chǔ)傳遞荷載。淺基礎(chǔ)當(dāng)土壤承載力較高時(shí)，可采用淺基礎(chǔ)，如條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)等。筏板基礎(chǔ)適用于荷載較大、地基承載力較低的建筑，將所有柱子連接在一起，形成整體結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例本節(jié)將介紹一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，涵蓋高層建筑、工業(yè)廠房、公共建筑等不同類(lèi)型，展示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。通過(guò)案例分析，可以更好地理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和原則。6.1高層建筑高層建筑的設(shè)計(jì)需要考慮風(fēng)荷載、地震荷載、材料特性等因素。需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，確保建筑的安全性、穩(wěn)定性和使用功能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要根據(jù)建筑的用途、規(guī)模、地形等因素進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。工業(yè)廠房1承載能力工業(yè)廠房需要滿足生產(chǎn)設(shè)備和物料的承載需求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮足夠的承載能力。2空間布局廠房的空間布局要合理，方便生產(chǎn)流程和物流運(yùn)輸，同時(shí)滿足安全和消防要求。3環(huán)境因素廠房設(shè)計(jì)要考慮溫度、濕度、通風(fēng)等環(huán)境因素，確保生產(chǎn)環(huán)境的適宜性。公共建筑學(xué)校學(xué)校設(shè)